[发明专利]磁存储器

说明书

本发明涉及一种包括磁存储元件阵列的磁存储器，每个存储元件包括至少一层磁材料，所述存储器具有屏蔽磁场的屏蔽层。

在US5902690中披露了这种磁存储器。

由于磁存储器具有短的读写时间，非易失记忆性能和相当低的功率消耗，磁存储器可以代替SRAM，DRAM，FLASH和非易失存储器，例如EPROM和EEPROM。磁存储元件的操作基于磁阻效应，这意味着，磁场决定磁材料的磁化方向，并且当使电流通过所述材料时，材料的电阻取决于磁材料的磁化方向。借助于磁场，材料的磁化方向可以在两种状态之间转换。

一种磁化状态相应于相当低的电阻，即0状态，另一种状态相应于相当高的电阻，即1状态。通过利用局部磁场在每个存储元件中定向磁化，可以进行存储器的写操作。当外部磁场改变磁化方向的方位时，所述磁场可以对存储器进行擦除。所以需要屏蔽防止干扰磁场。

在已知的存储器中，屏蔽层的材料是不导电的铁氧体。

已知的屏蔽层的缺点在于，其不能完全屏蔽相对强的干扰磁场，例如几十kA/m的磁场，因为此时铁氧体屏蔽层已经磁饱和。一旦屏蔽层进入磁饱和状态，磁场便通过屏蔽层透过，因此，在存储元件中存储的磁方向可被翻转，因而非易失存储器被擦除。几kA/m的弱磁场便足以擦除存储元件。

在某种应用中，例如智能卡中，磁存储器必须被保护防止至少80kA/m的干扰磁场。利用已知的屏蔽层防止这样强的外部磁场是不可能的。

另一个缺点在于，已知的屏蔽层当干扰磁场较强时必须较厚。存储器通常被提供在硅半导体衬底上。在半导体技术中，使用薄膜技术生成多层。厚度超过10微米的屏蔽层是非常昂贵的，这是因为其需要长的淀积时间。

本发明的目的在于提供一种开头一节所述的磁存储器，其被屏蔽防止几百kA/m的相对强的干扰磁场。

在按照本发明的磁存储器中，所述目的通过把屏蔽层分裂成相互分开的区域实现了。

由于足够强的磁场而使磁层成为饱和的。因为在按照本发明的存储器中的屏蔽层被分裂成相互分开的区域，使得磁场可以在区域之间散开。在屏蔽层的磁区域中，磁场的磁力线被拉入磁材料中。在这些区域的磁力线的密度相对于连续的磁层而减少，因此使得较慢地发生磁化的饱和，从而和相同厚度的连续的屏蔽层相比，可以屏蔽较强的磁场。

最好是，每个存储元件，除去磁材料的第一层之外，还包括磁材料的第二层，其由非磁材料和所述第一层磁材料分开，这是因为，在这种存储元件中发生这样的磁阻效应，所述磁阻效应超过在只包括一层磁材料的存储元件中发生的磁阻效应。

自旋阀和磁隧道结包括这种层包，并且当磁场弱时它们用作磁存储元件是有利的。在其最基本的形式中，自旋阀是由软磁层构成的3层结构，其中由于相对弱的磁场、硬磁层和夹在其间的贵金属而使磁化改变。在一种磁隧道结中，两个磁层被一个电绝缘层分开。因为在自旋阀和磁隧道结中的磁阻效应相当大，它们非常适合用于磁存储元件。

屏蔽层的所述区域的位置最好这样设置，使得区域在存储元件上的垂直投影包括至少一个存储元件。当存储元件的尺寸处于亚微型的范围内时，使在存储元件上的屏蔽层的区域的垂直投影包括多个存储元件是有利的，这使得屏蔽区域的尺寸可以被容易地实现，并且一般地说，对屏蔽效果也具有有利的影响。

为了在存储元件的位置提供足够的屏蔽防止磁场的干扰，有两个条件必须满足。

第一，屏蔽层的材料的磁化作用必须保持在饱和值以下。在饱和值以上时，磁场将穿过所述材料。如果相对于区域的尺寸w在存储元件和屏蔽层之间的距离小，例如0.5或更小，则磁化M由M＝H_app1x/(1+xt/w)给出，其中H_app1是外部干扰磁场，x是磁化系数，t是屏蔽层的厚度。磁区域可以是任意的形状。一般地说，磁区域例如是矩形、方形、圆形或者六边形的。此时区域的尺寸分别相应于长度和宽度，直径或对角线。首先，充分的屏蔽要求满足方程t/w＞H_app1/M_s-1/x，其中M_s是磁化的饱和值。如果这个方程不满足，则屏蔽层会饱和。

因此，容易理解，由于厚度为t的屏蔽层被分裂成多个区域，区域的尺寸w比通过磁存储器的表面连续延伸的屏蔽层的尺寸w’小得多，使得在发生磁化饱和因而磁场可以穿过之前的干扰磁场大约大w’/w倍。